文/劉殿宇 蔡永健

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司）

噴霧干燥設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，尤其在乳制品加工行業(yè)。在噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)能力超過(guò)實(shí)際生產(chǎn)能力即大馬拉小車的現(xiàn)象比較多見。其根本原因是對(duì)物料的特性并沒有掌握，對(duì)噴霧干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)沒有充分可靠的依據(jù)，也是受一些噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力不足的影響。而生產(chǎn)能力過(guò)大會(huì)造成前后設(shè)備間的不匹配，造成能源浪費(fèi)，引起噴霧干燥產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性下降。

1 噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力過(guò)大的原因分析

噴霧干燥設(shè)備從結(jié)構(gòu)上看并沒有多么復(fù)雜，但是，其噴霧干燥機(jī)理卻不簡(jiǎn)單，如噴霧干燥塔體尺寸的理論計(jì)算就相當(dāng)復(fù)雜，有些數(shù)據(jù)還必須借助試驗(yàn)或?qū)嵺`的辦法獲得，在一般的工廠里取得這樣的數(shù)據(jù)有一定的困難?，F(xiàn)代噴霧干燥塔的計(jì)算基本依靠經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法，有些經(jīng)驗(yàn)的不可靠性也導(dǎo)致了噴霧干燥塔生產(chǎn)能力的不確定性，造成噴霧干燥塔要么生產(chǎn)能力不足，要么生產(chǎn)能力過(guò)大。生產(chǎn)能力不足的現(xiàn)象更為多見，而由于生產(chǎn)能力不足將干燥塔放大的現(xiàn)象也比較多見。

1.1 物料特性對(duì)噴霧干燥設(shè)備的影響

針對(duì)不同物料，噴霧干燥設(shè)備有所差異。就物料中的水分而言，有結(jié)合水與自由水之別。物料的物理及化學(xué)特性，尤其是物料中水分的結(jié)合狀態(tài)及黏度的大小都會(huì)直接影響噴霧干燥設(shè)備的效果。而噴霧干燥設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中又有很多不確定因素，在不同程度地影響噴霧干燥設(shè)備的使用效果。有些物料的噴霧干燥設(shè)備還必須借助試驗(yàn)的方法獲得噴霧干燥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，有些噴霧干燥設(shè)備并沒有達(dá)到所要求的生產(chǎn)能力，這是由于設(shè)計(jì)依據(jù)不足、設(shè)計(jì)計(jì)算不夠準(zhǔn)確，如進(jìn)風(fēng)風(fēng)量的大小、空氣加熱器換熱面積的大小、噴霧干燥塔尺寸的確定等，尤其是使用蒸汽壓力的大小會(huì)直接影響噴霧干燥生產(chǎn)能力及其應(yīng)用效果。上述因素導(dǎo)致了噴霧干燥設(shè)備的生產(chǎn)能力盲目加大。

1.2 噴霧干燥設(shè)備計(jì)算依據(jù)是否準(zhǔn)確的影響

噴霧干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)是通過(guò)物料與熱量衡算來(lái)完成的，如噴霧干燥塔的進(jìn)風(fēng)量，加熱器的換熱面積、排風(fēng)量及排風(fēng)的捕粉裝置等。噴霧干燥塔體有效容積的確定或稱噴霧干燥塔體結(jié)構(gòu)尺寸的確定有兩種方法，即蒸發(fā)強(qiáng)度法、運(yùn)動(dòng)方程法。在工廠里多采用前種，后種需要借助試驗(yàn)確定物料在噴霧干燥過(guò)程中的飛翔速度，國(guó)內(nèi)企業(yè)還不具有小試或中試的條件，數(shù)據(jù)是否可靠、準(zhǔn)確度也不確定。因此，即使是同一物料、相同生產(chǎn)能力的干燥塔，每一家設(shè)計(jì)的干燥塔尺寸也不盡相同，其應(yīng)用效果也有所不同，有的使用效果很好，有的卻出現(xiàn)了生產(chǎn)能力不足或生產(chǎn)能力過(guò)大等問(wèn)題。出現(xiàn)生產(chǎn)能力不足后，噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力無(wú)原則加大的情況比較多見。事實(shí)上，決定噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力大小的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是：使用蒸汽壓力、加熱器的換熱面積，進(jìn)風(fēng)量，噴霧干燥塔體的有效容積。噴霧干燥塔的有效容積按下式計(jì)算。

干燥室有效容積決定于水分蒸發(fā)能力與容積干燥強(qiáng)度，而容積干燥強(qiáng)度又與熱空氣進(jìn)入時(shí)的溫度有關(guān)：

式中：V為干燥室有效容積，m2；W為噴霧干燥時(shí)水分蒸發(fā)量，kg/h；q為干燥室容積干燥強(qiáng)度，即單位時(shí)間、單位有效容積的水分蒸發(fā)量，kg/h。

其中，容積干燥強(qiáng)度是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它不僅決定于噴霧干燥設(shè)備的分散度、室內(nèi)氣流流動(dòng)情況，還決定于干燥的溫度條件和被干燥物料的分子結(jié)構(gòu)。進(jìn)風(fēng)溫度越高，干燥強(qiáng)度越大。根據(jù)資料，容積干燥強(qiáng)度q=0.03TB-1，式中：TB為進(jìn)入干燥塔的熱風(fēng)溫度， ℃。

1.3 進(jìn)風(fēng)溫度的影響

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有些噴霧干燥塔沒有達(dá)到生產(chǎn)能力的主要原因是蒸汽壓力及蒸汽質(zhì)量存在問(wèn)題，即蒸汽壓力沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值或蒸汽質(zhì)量不佳（蒸汽中帶水）、加熱溫度低，最后導(dǎo)致生產(chǎn)能力不足。而蒸汽壓力不足是不可能達(dá)到生產(chǎn)能力的，除非干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)余量過(guò)大。生產(chǎn)能力不足時(shí)建議加大空氣加熱器的換熱面積。

1.4 進(jìn)風(fēng)量的影響

進(jìn)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量是由熱量衡算確定的，要加大進(jìn)風(fēng)量也必須相應(yīng)加大空氣加熱器的換熱面積，否則只加大進(jìn)風(fēng)量只能使進(jìn)風(fēng)溫度變低，降低生產(chǎn)能力。增大加熱器換熱面積也就意味著相應(yīng)加大了蒸汽的消耗量，二者是相輔相成的關(guān)系。噴霧干燥設(shè)備是在一定負(fù)壓下工作的，干燥塔內(nèi)負(fù)壓一般在50～100 Pa，加大進(jìn)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致干燥塔內(nèi)的負(fù)壓不足。排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是否足夠，是否能夠滿足噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)的需要，都需要重新進(jìn)行核算。

2 噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力過(guò)大的后果

噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力過(guò)大的后果是：造成生產(chǎn)不連續(xù)、生產(chǎn)效率低下，能源浪費(fèi)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)不是孤立的生產(chǎn)過(guò)程，其前道工序大多為濃縮設(shè)備。如果噴霧干燥設(shè)備的生產(chǎn)能力過(guò)大，濃縮設(shè)備的生產(chǎn)量供應(yīng)不上噴霧干燥設(shè)備，就會(huì)產(chǎn)生斷料現(xiàn)象，或間斷進(jìn)行生產(chǎn)，或被迫減少噴霧干燥的進(jìn)料量，相當(dāng)于減少濃縮設(shè)備的生產(chǎn)量，無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)，或不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，這樣無(wú)疑就會(huì)降低生產(chǎn)效率，從而造成能源的浪費(fèi)。生產(chǎn)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)的不穩(wěn)定，因此會(huì)影響噴霧干燥效果，影響產(chǎn)品質(zhì)量。前后設(shè)備是否能夠保持連續(xù)生產(chǎn)、能否保持同步，都必須通過(guò)進(jìn)行物料的衡算來(lái)完成。

3 小結(jié)

噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力過(guò)大主要是指進(jìn)風(fēng)量、加熱器換熱面積、干燥塔的結(jié)構(gòu)尺寸等均已超過(guò)了理論及實(shí)際生產(chǎn)能力的參數(shù)范圍。在實(shí)際生產(chǎn)中，有些噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)廠家，為了提高生產(chǎn)能力而加大噴霧干燥的有效容積。由于噴霧干燥塔有效容積的確定應(yīng)該通過(guò)蒸發(fā)量及蒸發(fā)強(qiáng)度兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定（或采用運(yùn)動(dòng)方程法進(jìn)行計(jì)算），噴霧干燥設(shè)備生產(chǎn)能力要留有一定的生產(chǎn)余量，但不能沒有限制。能夠針對(duì)不同物料進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，確定噴霧干燥系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐積累才能夠完成。噴霧干燥系統(tǒng)看似并不復(fù)雜，但是其設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程是比較抽象復(fù)雜的，要設(shè)計(jì)出最佳的噴霧干燥系統(tǒng)必須有一個(gè)合理的科學(xué)依據(jù)，不能無(wú)原則地?cái)U(kuò)大或縮小生產(chǎn)能力，否則很可能導(dǎo)致設(shè)備性能出現(xiàn)問(wèn)題。

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